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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftstoffsysteme für Flüssig- bzw. Autogas (LPG) und insbesondere ein pumpenunterstütztes Nachfüllsystem für einen Kraftstofftank gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es der Art nach im Wesentlichen aus der
DE 10 2004 038 460 A1 bekannt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Pumpenunterstützung des Nachfüllens eines Kraftstofftanks.
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Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die
DE 675 129 A verwiesen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Kraftfahrzeugkonstrukteure streben kontinuierlich die Herstellung von Fahrzeugen an, die geringere Emissionen an Schad- und Treibhausgasen besitzen als derzeit im Gebrauch befindliche Fahrzeuge. Ein Mittel zur Reduzierung von Fahrzeugemissionen besteht darin, alternative Kraftstoffe zu verwenden. Üblich genutzte Kraftstoffe, wie Benzin und Dieselkraftstoff, sind Gemische komplexer Kohlenwasserstoffe, die auch ungewollte Chemikalien, wie Schwefel, enthalten können. Eine Form eines verfügbaren alternativen Kraftstoffes ist LPG. LPG besteht hauptsächlich aus Propan, einem Kohlenwasserstoff mit drei Kohlenstoffatomen, und Butan, einem Kohlenwasserstoff mit vier Kohlenstoffatomen. Diese Kohlenwasserstoffe besitzen ein geringeres Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff, als Benzin- oder Dieselkraftstoff. Da das Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff geringer ist, wird weniger Kohlendioxid bei der Verbrennung von LPG erzeugt, als bei der Verbrennung von Benzin- oder Dieselkraftstoff. Die längerkettigen Kohlenwasserstoffe von Benzin- und Dieselkraftstoff erzeugen wesentlich wahrscheinlicher ungewollte Partikelemissionen in dem Abgas. In Bezug auf LPG besitzen Benzin- und Dieselkraftstoff zwei Vorteile, nämlich: (i) sie sind beide Flüssigkeiten bei STP (Standardtemperatur und -druck), während unter typischen Umgebungsbetriebsbedingungen LPG in einem Druckgefäß gespeichert sein muss, um in einem verflüssigten Zustand zu sein; und: (ii) Benzin- und Dieselkraftstoff erzeugen mehr Energie pro Volumeneinheit an Kraftstoff im Vergleich zu LPG, sogar, wenn LPG in einem flüssigen Zustand vorliegt. Dies bedeutet, dass man bei mit LPG betriebenen Fahrzeugen Schwierigkeiten handhaben muss, die mit Temperaturen und Drücken fern von dem Umgebungsbereich auftreten.
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Ein physikalischer Schlüsselfaktor bei der Handhabung von LPG-Kraftstoffbedingungen ist das Flüssigkeits/Gas-Gleichgewicht. Die Umgebungsbedingungen bestimmen das Gemisch von LPG-Dampf und LPG-Flüssigkeit, die in dem Betankungssystem auftreten. Zusätzliche Maßnahmen müssen unternommen werden, um das korrekte Gleichgewicht von Flüssigkeit und Dampf für den Betrieb des Kraftstoffverbrauchers, wie beispielsweise des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, sicherzustellen. Beispielsweise kann das Zündsystem des Motors ausgelegt sein, um entweder LPG in Gasphase oder LPG in flüssiger Phase zu verwenden. Komponenten können dem Betankungssystem hinzugefügt werden, um entweder Dampf in den flüssigen Zustand zu kondensieren oder sicherzustellen, dass der gesamte flüssige Zustand in einen gasförmigen Zustand verdampft und erhitzt worden ist, und zwar abhängig davon, welche Phase des Kraftstoffes erforderlich ist.
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1 zeigt schematisch ein beispielhaftes LPG-Kraftstoffsystem 10 nach dem Stand der Technik, das Kraftstoff an einen Verbraucher, beispielsweise den Motor eines Kraftfahrzeugs liefert, wobei das System beim Nachfüllen des Kraftstofftanks über einen herkömmlichen Füllstutzen gezeigt ist.
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Ein Tank (oder Gefäß) 12 für druckbeaufschlagten Kraftstoff hält LPG-Kraftstoff 14 in einer flüssigen Phase 14' und einer Dampfphase 14". Der Kraftstofftank 12 ist mit einem Druckentlastungsventil 15 ausgestattet und kann mit einem Temperatursensor 16 und einem Drucksensor 18 ausgestattet sein. Der LPG-Kraftstoff 14 in dem Kraftstofftank 12 kann externer Wärme 20, die beispielsweise von dem Abgassystem des Kraftfahrzeugs außerhalb des Kraftstofftanks 12 stammt, wie auch Wärme 22 von Komponenten in dem Kraftstofftank 12 ausgesetzt sein, wie beispielsweise durch eine Kraftstoffpumpe 24 erzeugt wird. All diese Wärmequellen erhöhen die Temperatur in dem Kraftstofftank 12, wodurch der Dampfdruck in dem Kraftstofftank erhöht wird.
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Beispielhaft sind in dem Kraftstofftank 12 Komponenten enthalten, die ein Kraftstoffliefersystem 26 ausmachen. Diese Komponenten können einfach ein Filter 28 an einem vorausgehenden Ende der Kraftstoffleitung 30 oder ein Kraftstoffpumpsystem 32 sein, das mit der Kraftstoffleitung 30 verbunden ist und beispielhaft den Filter 28, die Kraftstoffpumpe 24 (typischerweise eingeschaltet, um Kraftstoffzufuhrdruck zu verstärken, wenn der Druck innerhalb des Kraftstofftanks 12 unterhalb eines vorbestimmten Niveaus liegt), ein Rückschlagventil 34, einen Filter 36 und einen Kraftstoffdruckregler 38 aufweist, so dass eine Soll-Kraftstoffdruckdifferenz über die Kraftstoffpumpe beibehalten wird. Außerhalb des Kraftstofftanks 12 ist die Kraftstoffleitung 30 mit verschiedenen Sicherheits- und Kraftstoffkonditionierungskomponenten verbunden, wie es in der Technik gut bekannt ist (nicht gezeigt), die für die bestimmte Kraftstofflieferanwendung geeignet sind, die zu dem Kraftstoffverbraucher 40 gehört.
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Eine LPG-Nachfüllquelle oder Zapfsäule 42 ist schematisch gezeigt, die mittels einer Zapfsäulendüse 44 mit einem Nachfüllanschlussstück 46 mit druckabgedichteter Freigabe des Kraftstofftankfüllstutzens 48 verbunden ist. Die Kraftstoffströmung 50 erfolgt von der Zapfsäule 42 durch das Nachfüllanschlussstück 46 und in das Innere des Kraftstofftanks 12, wobei ein inneres Füllpegelventil 52, wie beispielsweise in der Form eines Schwimmerventils, eine automatische Abschaltung der Kraftstoffströmung bereitstellt, wenn die flüssige Phase 14' einen vorbestimmten Pegel in dem Kraftstofftank 12 erreicht.
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Damit ein schnelles Nachfüllen stattfindet, sollte der Kraftstoffdruck der Zapfsäulendüse 44 gut oberhalb des Kraftstoffdampfdrucks in dem Kraftstofftank 12 liegen. Da der Kraftstoffdampfdruck in dem Tank sich dem Zapfsäulendüsen-Kraftstoffdruck annähert, nimmt die Nachfüllrate ab, und wenn der Kraftstoffdampfdruck relativ zu dem Zapfsäulendüsendruck hoch genug wird, kann ein Nachfüllen unmöglich werden. Situationen, bei denen ein Nachfüllen unmöglich ist, oder Nicht-Füll-Situationen, bei denen kein Kraftstoff von der Zapfsäulendüse in den Kraftstofftank aufgrund eines übermäßigen Gegendrucks, der durch den Kraftstoffdampfdruck in dem Tank bewirkt wird, strömen kann, sind höchst unerwünscht. Wenn eine derartige Nicht-Füll-Situation auftritt, besteht dann eine Technik, die im Stand der Technik zur Lösung dieses Problems verwendet wird, darin, die Inhalte des Kraftstofftanks herunterzukühlen, um den Dampfdruck in dem Kraftstofftank zu reduzieren. Verfahren nach dem Stand der Technik zur Ausführung desselben umfassen das Gießen von kaltem Wasser über den Kraftstofftank oder die Anordnung von Eis oder feuchter Lappen auf dem Kraftstofftank. Derartige Verfahren können schwierig und zeitaufwendig zu implementieren sein und können abhängig von den Umständen nicht akzeptabel, unpraktisch oder nicht verfügbar sein.
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Das Problem bei der Fähigkeit, den Kraftstofftank nachzufüllen, wird für Kraftstoffe verschlimmert, die mehrere chemische Komponenten mit variierender Flüchtigkeit besitzen. LPG und andere Kraftstoffe, die bei Dampfdruck gespeichert werden, besitzen typischerweise mehrere chemische Komponenten, die jeweils verschiedene Dampfdrücke besitzen. Beispiele von Komponenten mit hohem Dampfdruck, die in LPG-Kraftstoffen vorhanden sein können, umfassen: Ethan, Stickstoff und Kohlendioxid; und eine Herstellung oder Wartung kann Luft (oder andere Schmutzstoffgase, wie Stickstoff, der zur Leckdetektion verwendet wird) in den Tank einführen, die möglicherweise nicht vollständig herausgespült werden kann/können. Der Dampfdruck in dem Kraftstofftank ist der Dampfdruck des Kraftstoffgemisches, wobei jedoch die einzelnen chemischen Komponenten einen Dampfdruck besitzen können, der höher oder geringer als der Dampfdruck des Gemisches ist. Wenn der Dampfdruck einer chemischen Komponente höher als der des Gemisches ist, dann besteht die Tendenz, dass die Komponente in ihrer Gasphase bleibt, und die Konzentration (Molanteil) dieser Komponente ist in der Dampfphase relativ zu der flüssigen Phase höher. Wenn umgekehrt der Dampfdruck einer chemischen Komponente geringer als der des Gemisches ist, dann ist die Konzentration (Molanteil) dieser chemischen Komponente in der Dampfphase relativ zu der Flüssigphase geringer. Die chemische Zusammensetzung der Dampfphase in dem Kraftstofftank ist typischerweise verschieden in bezug auf die chemische Zusammensetzung der Flüssigphase, da die Dampfphase eine höhere Konzentration (Molanteil) von chemischen Komponenten mit hohem Dampfdruck relativ zu der Flüssigphase enthält. Infolgedessen ist die Rate, mit der chemische Komponenten mit hohem Dampfdruck von dem Kraftstofftank abgezogen werden kann, kleiner, wenn flüssiger Kraftstoff entnommen wird, im Vergleich dazu, wenn Kraftstoffdampf entnommen wird. Demgemäß ist, wenn ein Kraftstofftank geleert ist, der Enddampfdruck dem Verhältnis der chemischen Komponenten zugeordnet, und dieses hängt von dem Verhältnis des flüssigen Kraftstoffs zu dem entnommenen Kraftstoffdampf ab. Wenn chemische Komponenten mit hoher Flüchtigkeit (einen hohen Dampfdruck bewirkend) zum Verbleib in ihrer Gasphase begünstigt sind und daher eher „komprimiert“ anstatt „kondensiert“ werden, wird, falls der Druck in dem Kraftstofftank zunimmt, die Fähigkeit zum Nachfüllen des Kraftstofftanks beeinträchtigt. Wenn sich der Kraftstofftankdruck dem Zapfsäulendüsendruck annähert, bevor der Kraftstofftank aufgefüllt werden kann, dann ist es nicht möglich, den Kraftstofftank vollständig nachzufüllen (nachzutanken). Wenn somit Komponenten mit hohem Dampfdruck sich in einem Kraftstofftank ansammeln können, dann ist die Nachfüllrate langsam oder das Nachfüllen kann sogar verhindert werden (eine Nicht-Füll-Situation). Dieses Problem wird für die nächste Nachfüllung verschlimmert, wenn während der vorliegenden Nachfüllung eine relativ größere Menge an chemischen Komponenten mit hohem Dampfdruck dem Kraftstofftank hinzugesetzt wird, als während des Betriebs des Kraftstoffverbrauchers entfernt wird. Daher ist es erwünscht, die Konzentration von chemischen Komponenten mit hohem Dampfdruck in dem gelieferten Kraftstoff bei geringen Niveaus zu halten; jedoch kann dies erhöhte Kraftstoffkosten bewirken, und die gewünschten geringen Niveaus können von der Perspektive einer Kraftstofftanknachfüllung in der Praxis nicht stets einzuhalten sein.
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In dem Fall von Kraftstoffen, die bei oder nahe ihrem Dampfdruck gespeichert werden, liegt der Druck in sowohl dem Zapfsäulenliefertank als auch dem Kraftstofftank, der nachgefüllt (wiederaufgetankt) wird, nahe dem Dampfdruck des Kraftstoffs, und beide Tanks enthalten ein Gemisch aus flüssigem Kraftstoff und Kraftstoffdampf.
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Variablen, die die Wahrscheinlichkeit einer Nicht-Füll-Situation beeinflussen können, umfassen: 1) die Druckdifferenz über die Zapfsäule; 2) die Höhe des Flüssigkraftstoffpegels in dem Zapfsäulenliefertank relativ zu der des nachzufüllenden Kraftstofftanks (beispielsweise kann der Zapfsäulenliefertank unter der Erde angeordnet sein, während der Kraftstofftank typischerweise oberhalb der Erde angeordnet nachgefüllt wird); 3) die chemische Zusammensetzung des Kraftstoffs in dem Zapfsäulenliefertank (der Kraftstoffdampfdruck variiert mit der chemischen Zusammensetzung und der Zufuhrdruck an der Zapfsäulendüse kann reduziert werden, wenn der Zapfsäulenliefertank Kraftstoff mit geringem Dampfdruck enthält); 4) die Temperatur des Kraftstoffs in dem Zapfsäulenliefertank (eine geringere Kraftstofftemperatur reduziert den Dampfdruck in dem Zapfsäulentank und daher den Zufuhrdruck an der Zapfsäulendüse; 5) die chemische Zusammensetzung des Kraftstoffs in dem nachzufüllenden Kraftstofftank (der Kraftstoffdampfdruck variiert mit der chemischen Zusammensetzung und der Gegendruck an der Schnittstelle zwischen Zapfsäulendüse und Kraftstofftank steigt, wenn der nachzutankende Kraftstofftank Kraftstoff mit hohem Dampfdruck enthält); und 6) die Temperatur des Kraftstoffs in dem nachzufüllenden Kraftstofftank (eine hohe Kraftstofftemperatur erhöht den Gegendruck an der Schnittstelle zwischen Zapfsäulendüse und Kraftstofftank).
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Verfahren, die diese sechste Variable (die Temperatur des Kraftstoffs in dem nachzufüllenden Kraftstofftank) beeinflussen können, umfassen:
- 1) Umgebungstemperatur (eine höhere Umgebungstemperatur neigt zu einer höheren Kraftstofftemperatur), 2) Nähe des Abgassystems zu dem Kraftstofftank (ein reduzierter Abstand resultiert typischerweise in einer erhöhten Wärmeübertragung zu dem Kraftstofftank), 3) Motorlast (eine höhere Motorlast kann eine erhöhte Wärmeübertragung von dem Abgassystem auf den Kraftstofftank zur Folge haben, 4) Luftströmung über den Kraftstofftank (eine erhöhte Luftströmung resultiert in einer besseren konvektiven Kühlung) und 5) Motorlaufzeit (eine längere Zeit kann in mehr Wärmeübertragung an den Kraftstofftank umgesetzt werden).
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2 ist ein Schaubild 60 der Wahrscheinlichkeit 62 (als ein zunehmender Prozentsatz) gegenüber dem Druck 64 (in bar), das beispielhaft veranschaulicht, wie ein Nachfüllen (oder Nachtanken) eines LPG-Kraftstofftanks durch den Dampfdruck in dem Kraftstofftank beeinflusst werden kann. Die Verteilungskurve 66 repräsentiert eine hypothetische Wahrscheinlichkeitsverteilung eines Zapfsäulendüsendrucks einer Zapfsäule (oder Kraftstofflieferstation), und die Verteilungskurve 68 repräsentiert eine hypothetische Wahrscheinlichkeitsverteilung des Kraftstoffdampfdrucks in einem LPG-Kraftstofftank unter Betriebsbedingungen nach dem Stand der Technik, und zwar beides unmittelbar vor einem Beginn eines Nachfüllens, und wobei der Punkt 70 einen hypothetischen maximalen sicheren Tankdruck repräsentiert. Beide Verteilungskurven 66, 68 werden durch Faktoren beeinflusst, wie Umgebungstemperatur und chemische Kraftstoffzusammensetzung, die von Füllung zu Füllung und von Markt zu Markt variieren können. Nur beispielhaft sollte zur Unterstützung einer Kraftstoffströmung von der Zapfsäulendüse in den Kraftstofftank der Zapfsäulendüsendruck größer als bevorzugt etwa 5 bar und mehr über dem Kraftstoffdampfdruck innerhalb des Kraftstofftanks liegen, um ein schnelles Nachfüllen des Kraftstofftanks in einer Tankstellenumgebung zu unterstützen.
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Demgemäß verbleibt ein Bedarf in der Technik von LPG-Kraftstoffsystemen, die Druckdifferenz zwischen dem Zapfsäulenzufuhrdruck des in den Kraftstoffspeichertank eintretenden Kraftstoffs und dem Dampfdruck in dem Kraftstofftank irgendwie selektiv zu modifizieren, so dass stets ein schnelles Nachfüllen sichergestellt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesem Bedarf gerecht zu werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Nachfüllsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zur Pumpenunterstützung des Nachfüllens eines Kraftstofftanks gelöst.
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Die vorliegende Erfindung ist ein pumpenunterstütztes Nachfüllsystem für LPG und andere Kraftstoffe, wobei der Kraftstoffspeicherdruck bei oder nahe dem Dampfdruck des Kraftstoffs liegt. Die vorliegende Erfindung sieht eine selektive Modifikation der Druckdifferenz zwischen dem Zapfsäulenzufuhrdruck des in den Kraftstoffspeichertank eintretenden Kraftstoffs und dem Dampfdruck in dem Kraftstofftank vor, um so sicherzustellen, dass stets ein schnelles Nachfüllen stattfindet.
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Die vorliegende Erfindung umfasst eine Nachfüllkraftstoffpumpe, die bevorzugt in dem Kraftstofftankfüllstutzen angeordnet ist, wobei die Nachfüllkraftstoffpumpe aktiviert (d.h. eingeschaltet) wird, sobald: a) die erfasste Druckdifferenz zwischen dem Zapfsäulenzufuhrdüsendruck und dem Kraftstoffdampfdruck in dem Inneren des Kraftstofftanks bei oder unterhalb eines vorbestimmten Differenzdruckes liegt oder 2) der Kraftstofftankdampfdruck bei oder oberhalb eines vorbestimmten Kraftstofftankdampfdrucks liegt, was hier gemeinsam als vorbestimmter Kraftstoffdruckunterstützungszustand bezeichnet ist, wobei die Aktivierung der Nachfüllkraftstoffpumpe eine Lieferung des Kraftstoffs von der Zapfsäule an das Innere des Kraftstofftanks unterstützt. Für Differenzdrücke oberhalb des vorbestimmten Differenzdruckes oder für einen Kraftstofftankdampfdruck unterhalb des vorbestimmten Kraftstofftankdampfdrucks, was hier gemeinsam als vorbestimmter Zustand ohne Kraftstoffdruckunterstützung bezeichnet ist, wird die Kraftstofflieferrate als akzeptabel schnell angenommen, so dass die Nachfüllkraftstoffpumpe nicht aktiviert wird (d.h. ausgeschaltet ist).
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Die Implementierung der Nachfüllkraftstoffpumpe an dem Kraftstofftankfüllstutzen kann verschiedene Konfigurationen besitzen.
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Bei einer beispielhaften Konfiguration sprechen die Betriebszustände eines Dreiwegesolenoidventils auf einen Controller an, der einen Kraftstoffdruckdateneingang und geeignete Programmierung aufweist, wobei in einem ersten Zustand des Ventils Kraftstoff, der von der Zapfsäule geliefert wird, in das Nachfüllanschlussstück und dann durch eine Hauptleitung direkt an das Innere des Kraftstofftanks geführt wird; und in einem zweiten Zustand des Ventils der von der Zapfsäule gelieferte Kraftstoff nach dem Nachfüllanschlussstück an eine Zusatzleitung, die mit der Nachfüllkraftstoffpumpe gekoppelt ist, umgelenkt wird, die aktiviert wird, um dadurch Kraftstoff von dem Nachfüllanschlussstück an das Kraftstofftankinnere zu pumpen.
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Bei einer anderen beispielhaften Konfiguration sprechen die Betriebszustände eines Wechsel- oder Rückschlagventils auf einen direkt erfassten Kraftstoffdruck an, wobei in einem ersten Zustand des Ventils der von der Zapfsäule gelieferte Kraftstoff in das Nachfüllanschlussstück und dann durch eine Hauptleitung direkt an das Innere des Kraftstofftanks geführt wird; und in einem zweiten Zustand des Ventils der von der Zapfsäule gelieferte Kraftstoff nach dem Nachfüllanschlussstück an eine Zusatzleitung, die mit der Nachfüllkraftstoffpumpe gekoppelt ist, umgelenkt wird, die aktiviert wird, um dadurch Kraftstoff von dem Nachfüllanschlussstück in das Kraftstofftankinnere zu pumpen.
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Bei einer noch weiteren beispielhaften Konfiguration wird von der Zapfsäule gelieferter Kraftstoff in das Nachfüllanschlussstück und dann durch eine Leitung direkt an das Innere des Kraftstofftanks geführt, wobei die Leitung mit der Nachfüllkraftstoffpumpe gekoppelt ist. In Ansprechen auf den erfassten Kraftstoffdruck wird die Nachfüllkraftstoffpumpe selektiv aktiviert, um dadurch Kraftstoff von dem Nachfüllanschlussstück in das Kraftstofftankinnere zu pumpen.
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Sobald der Pegel von flüssigem Kraftstoff in dem Tank einen vorbestimmten Pegel erreicht, beendet das Füllpegelventil den Füllprozess auf normale herkömmliche Weise.
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Ferner gemäß der Vorgehensweise der vorliegenden Erfindung sieht flüssiger Kraftstoff, der in den LPG-Kraftstoffspeichertank von der Zapfsäule eintritt, eine Kraftstofftankkühlung infolgedessen vor, dass sich Kraftstoff ausdehnt, wenn er in den LPG-Kraftstoffspeichertank gelangt, wodurch in dem Falle, dass die Nachfüllkraftstoffpumpe aktiviert worden ist, da der erfasste Druck der vorbestimmte Kraftstoffdruckunterstützungszustand ist, diese Kühlung ihre Deaktivierung unterstützt, sobald der erfasste Druck der vorbestimmte Zustand ohne Kraftstoffdruckunterstützung wird.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pumpenunterstütztes Nachfüllsystem für LPG-Kraftstofftanks bereitzustellen, das eine selektive Modifikation der Druckdifferenz zwischen dem Zapfsäulenzufuhrdruck des in den Kraftstofftank eintretenden Kraftstoffs und dem Dampfdruck in dem Kraftstofftank vorsieht, um sicherzustellen, dass stets ein schnelles Nachfüllen stattfindet.
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Diese und zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform offensichtlicher.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Schaubild eines beispielhaften LPG-Kraftstoffsystems nach dem Stand der Technik, das im Nachfüllmodus gezeigt ist, und das insbesondere einen herkömmlichen Kraftstofftankfüllstutzen zeigt, der mit der Zapfsäulendüse einer Zapfsäule verbunden ist.
- 2 zeigt graphisch die Wahrscheinlichkeitsverteilung des beispielhaften Zapfsäulen-LPG-Kraftstofflieferdrucks und des LPG-Kraftstoffdampfdrucks innerhalb des Kraftstofftanks.
- 3 ist ein schematisches Schaubild eines LPG-Kraftstoffsystems ähnlich dem von 1, das jedoch nun insbesondere einen Kraftstofftankfüllstutzen zeigt, der mit einem pumpenunterstützten Nachfüllsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
- 4 ist ein detailliertes schematisches Schaubild eines ersten beispielhaften pumpenunterstützten Nachfüllsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 5 ist ein detailliertes schematisches Schaubild eines zweiten beispielhaften pumpenunterstützten Nachfüllsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 6 ist ein detailliertes schematisches Schaubild eines dritten beispielhaften pumpenunterstützten Nachfüllsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen zeigen die 3 bis 6 Aspekte zur Implementierung eines pumpenunterstützten Kraftstofftanknachfüllsystems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Das pumpenunterstützte Kraftstofftanknachfüllsystem 100 kann mit einem beliebigen Kraftstofftank implementiert sein, der Kraftstoffinhalte allgemein sowohl in flüssiger als auch dampfförmiger Phase aufweist, wobei der Kraftstoffspeicherdruck bei oder nahe dem Dampfdruck des Kraftstoffs liegt. Kraftstoffe, die auf diese Weise gespeichert sein können, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Propan, Butan, Autogas (LPG) und Dimethylether. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist dazu bestimmt, alle derartigen Kraftstoffsysteme einzuschließen, die Kraftstoff bei oder nahe bei dem Dampfdruck des Kraftstoffs speichern, und die beispielhaften LPG-Kraftstoffsysteme, die hier dargestellt sind, dienen lediglich Zwecken der Veranschaulichung. Somit sollte jeder Bezug hier auf „LPG“ so breit, dass er jeglichen Kraftstoff umschließt, der bei oder nahe seinem Dampfdruck gespeichert wird, und nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung auf LPG-Kraftstoffsysteme genommen werden. In ähnlicher Weise sollte hier Bezug auf Kraftstoffsysteme für Kraftfahrzeuge nicht als Beschränkung für den Schutzumfang der Erfindung davon genommen werden, da die vorliegende Erfindung Anwendung auf eine beliebige Gasphasen-Kraftstoffsystemanwendung findet, die einen Kraftstoffverbraucher verwendet, der ein Verbrennungsmotor sein kann, jedoch nicht muss.
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Lediglich zur beispielhaften Darstellung zeigt 3 schematisch ein Kraftstoffsystem wie in 1 mit ähnlichen funktionierenden Teilen mit gleichen Bezugszeichen, nun mit dem pumpenunterstützten Kraftstofftanknachfüllsystem 100 der vorliegenden Erfindung, das bevorzugt an dem Kraftstofftankfüllstutzen 48' angeordnet ist. Eine LPG-Nachfüllquelle oder -Zapfsäule 42 ist schematisch mit einer Zapfsäulendüse 44 mit einem Nachfüllanschlussstück 46 mit druckabgedichteter Freigabe des Kraftstofftankfüllstutzens 48' verbunden gezeigt. Die Kraftstoffströmung 50 erfolgt von der Zapfsäule 42 zu dem Nachfüllanschlussstück 46 durch das pumpenunterstützte Kraftstofftanknachfüllsystem 100 und dann in das Innere des Kraftstofftanks 12, wobei ein internes Füllpegelventil 52, wie beispielsweise in der Form eines Schwimmerventils, eine automatische Abschaltung der Kraftstoffströmung bereitstellt, wenn die flüssige Phase 14' einen vorbestimmten Pegel in dem Kraftstofftank 12 erreicht.
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Das pumpenunterstützte Kraftstofftanknachfüllsystem 100 umfasst eine Nachfüllkraftstoffpumpe 102 (siehe 4 bis 6), wobei die Nachfüllkraftstoffpumpe aktiviert (d.h. eingeschaltet) wird, sobald: a) die erfasste Druckdifferenz zwischen dem Zapfsäulenzufuhrdüsendruck und dem Kraftstoffdampfdruck in dem Inneren des Kraftstofftanks 12 bei oder unterhalb eines vorbestimmten Differenzdrucks liegt oder 2) der Kraftstoffdampfdruck in dem Inneren des Kraftstofftanks 12 bei oder oberhalb eines vorbestimmten Kraftstofftankdampfdrucks liegt, was hier gemeinsam als ein vorbestimmter Kraftstoffdruckunterstützungszustand ist, wobei die Aktivierung der Nachfüllkraftstoffpumpe eine Lieferung des Kraftstoffs von der Zapfsäule 42 (an dem Nachfüllanschlussstück 46) zu dem Inneren des Kraftstofftanks 12 unterstützt. Für Differenzdrücke oberhalb des vorbestimmten Differenzdrucks oder für einen Kraftstofftankdampfdruck unterhalb des vorbestimmten Kraftstofftankdampfdrucks, was hier gemeinsam als ein vorbestimmter Zustand ohne Kraftstoffdruckunterstützung bezeichnet ist, wird die Kraftstofflieferrate als akzeptabel schnell angenommen, so dass die Nachfüllkraftstoffpumpe 102 nicht aktiviert ist (d.h. abgeschaltet ist). Sobald der Pegel von flüssigem Kraftstoff 14' innerhalb des Kraftstofftanks 12 einen vorbestimmten Pegel erreicht, beendet das Füllpegelventil 52 den Füllprozess auf die normale herkömmliche Weise.
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Lediglich beispielhaft und ohne Beschränkung sind die folgenden Druckschwellenbeispiele vorgesehen. Wenn ein vorbestimmter Differenzdruck verwendet wird, dann kann der vorbestimmte Differenzdruck etwa 5 bar betragen, wobei für Differenzdrücke, bei denen der Zapfsäulen-Kraftstofflieferdruck an dem Nachfüllanschlussstück kleiner als etwa 5 bar über dem Kraftstoffdampfdruck in dem Kraftstofftank ist, dann der vorbestimmte Kraftstoffdruckunterstützungszustand vorhanden ist und die Nachfüllkraftstoffpumpe aktiviert wird; ansonsten ist für einen Zapfsäulen-Kraftstofflieferdruck an dem Nachfüllanschlussstück von größer als etwa 5 bar über dem Kraftstoffdampfdruck in dem Kraftstofftank dann der vorbestimmte Zustand ohne Kraftstoffdruckunterstützung vorhanden (d.h. der vorbestimmte Kraftstoffdruckunterstützungszustand ist abwesend) und die Nachfüllkraftstoffpumpe wird nicht aktiviert. Wenn ein vorbestimmter Kraftstoffdampfdruck in dem Kraftstofftank verwendet wird, dann kann der vorbestimmte Kraftstoffdampfdruck auf etwa 8 bar wie über die beispielhaften Zapfsäulendruckmöglichkeiten, die in 2 beispielhaft dargestellt sind, eingestellt werden, wobei für Kraftstoffdampfdrücke innerhalb des Kraftstofftanks oberhalb etwa 8 bar dann der vorbestimmte Kraftstoffdruckunterstützungszustand vorhanden ist und die Nachfüllkraftstoffpumpe aktiviert ist; ansonsten ist für Kraftstoffdrücke innerhalb des Kraftstofftanks unterhalb den etwa 8 bar dann der vorbestimmte Zustand ohne Kraftstoffdruckunterstützung vorhanden (d.h. der vorbestimmte Kraftstoffdruckunterstützungszustand ist abwesend) und die Nachfüllkraftstoffpumpe ist nicht aktiviert. Der gewählte Druckschwellenwert zur Bestimmung der Anwesenheit oder Abwesenheit des vorbestimmten Kraftstoffdruckunterstützungszustands wird durch Modellierung oder empirisches Testen, wie mit der bestimmten Anwendung, bestimmt.
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Gemäß der Vorgehensweise der vorliegenden Erfindung sieht die Kraftstoffströmung 50 des flüssigen Kraftstoffs, der in den LPG-Kraftstoffspeichertank 12 von der Zapfsäule 42 eintritt, eine Kraftstofftankkühlung infolgedessen vor, dass sich der Kraftstoff ausdehnt, wenn er in den LPG-Kraftstoffspeichertank gelangt, wodurch in dem Fall, dass die Nachfüllkraftstoffpumpe 102 aktiviert worden ist, da der erfasste Druck der vorbestimmte Kraftstoffdruckunterstützungszustand ist, diese Kühlung eine Abschaltung der Nachfüllkraftstoffpumpe unterstützt, sobald der erfasste Druck der vorbestimmte Zustand ohne Kraftstoffdruckunterstützung wird.
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Dem Fachmann sei offensichtlich, dass das pumpenunterstützte Kraftstofftanknachfüllsystem 100 auf eine Vielzahl von Wegen ausgeführt werden kann; demgemäß zeigen die 4 bis 6 beispielhafte Implementierungen zu instruktiven Zwecken für den Fachmann.
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4 zeigt eine erste Implementierung 100' des pumpenunterstützten Kraftstofftanknachfüllsystems 100, das ein Dreiwegesolenoidventil 104 aufweist. Die Betriebszustände eines Dreiwegesolenoidventils 104 sprechen auf einen Controller 106 an, der einen Kraftstoffdruckdateneingang (von dem Drucksensor 108, der einen Kraftstoffdampfdruck in dem Kraftstofftank erfasst, und optional von dem Drucksensor 108', der einen Kraftstoffdampfdruck an dem Nachfüllanschlussstück 46 erfasst) über eine oder mehrere Datenleitungen 110 aufweist. In einem ersten Zustand des Dreiwegesolenoidventils 104, das auf den erfassten Druck und ein Signal, das über die Datenleitung 112 von dem Controller 106 an das Solenoidventil 104' des Dreiwegesolenoidventils gesendet wurde, tritt die Kraftstoffströmung 50, die von der Zapfsäule 42 geliefert wird (siehe 3), in das Nachfüllanschlussstück 46 ein, gelangt in einen Einlass 114 und tritt aus einem ersten Auslass 116 aus, woraufhin sie durch eine Hauptleitung 118 und nach dem Füllpegelventil 52 in das Innere des Kraftstofftanks 12 geführt wird. In einem zweiten Zustand des Dreiwegesolenoidventils 104, das auf den erfassten Kraftstoffdruck und ein Signal, das über die Datenleitung 112 von dem Controller 106 an das Solenoidventil 104' des Dreiwegesolenoidventils gesendet wird, anspricht, tritt die Kraftstoffströmung 50, die von der Zapfsäule 42 geliefert wird (siehe 3), in das Nachfüllanschlussstück 46 ein, gelangt in den Einlass 110 und tritt an einem zweiten Auslass 120 aus, woraufhin sie durch eine Zusatzleitung 122, durch die Nachfüllkraftstoffpumpe 102, an dem Füllpegelventil 52 vorbei in das Innere des Kraftstofftanks 12 geführt wird, wobei die Nachfüllkraftstoffpumpe über die Datenleitung 112 und die Nachfüllkraftstoffpumpenaktivierungsschaltung 126 aktiviert ist, um Kraftstoff von der Zapfsäule in das Innere des Kraftstofftanks zu pumpen. Der erste Zustand des Dreiwegesolenoidventils 104 (mit Deaktivierung der Nachfüllkraftstoffpumpe) wird durch den Controller 106 vorgesehen, sobald der erfasste Druck der vorbestimmte Zustand ohne Kraftstoffdruckunterstützung ist; der zweite Zustand des Dreiwegesolenoidventils mit Aktivierung der Nachfüllkraftstoffpumpe 102 wird durch den Controller vorgesehen, sobald der erfasste Druck der vorbestimmte Kraftstoffdruckunterstützungszustand ist.
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5 zeigt eine zweite Implementierung 100" des pumpenunterstützten Kraftstofftanknachfüllsystems 100, das ein Wechsel- oder Rückschlagventil 130 aufweist. Die Betriebszustände des Ventils 130 sprechen auf den direkt erfassten Kraftstoffdruck an, wobei in einem Zustand des Ventils 130 die Kraftstoffströmung 50, die von der Zapfsäule an das Nachfüllanschlussstück 46 geliefert wird, durch eine Hauptleitung 132 und an dem Füllpegelventil 52 vorbei in das Innere des Kraftstofftanks 12 geführt wird. In einem zweiten Zustand des Ventils 130, das auf den direkt erfassten Kraftstoffdruck anspricht, gelangt die Kraftstoffströmung 50, die von der Zapfsäule 42 (siehe 3) zu dem Nachfüllanschlussstück 46 geliefert wird, dann durch eine Zusatzleitung 134, durch die Nachfüllkraftstoffpumpe 102 und dann an dem Füllpegelventil 52 vorbei in das Innere des Kraftstofftanks 12, wobei die Nachfüllkraftstoffpumpe so aktiviert wird, dass Kraftstoff von der Zapfsäule in das Innere des Kraftstofftanks gepumpt wird, wobei der Kraftstoffdruck erfasst 136 wird, und über die Datenleitung 138 ein Signal für die Nachfüllkraftstoffpumpenaktivierungsschaltung 140 bereitstellt, um die Nachfüllkraftstoffpumpe 102 zu aktivieren. Der erste Zustand des Ventils 130 (mit Deaktivierung der Nachfüllkraftstoffpumpe) wird automatisch vorgesehen, sobald der erfasste Druck der vorbestimmte Zustand ohne Kraftstoffdruckunterstützung ist; der zweite Zustand des Ventils mit Aktivierung der Nachfüllkraftstoffpumpe 102 wird automatisch vorgesehen, sobald der erfasste Druck der vorbestimmte Kraftstoffdruckunterstützungszustand ist.
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6 zeigt eine dritte Implementierung 100'" des pumpenunterstützten Kraftstofftanknachfüllsystems 100, wobei die Nachfüllkraftstoffpumpe 102 in einer Leitung 150 frei von Ventilausstattung angeordnet ist, wobei die Kraftstoffströmung 50 von der Zapfsäule 42 (siehe 3) in das Nachfüllanschlussstück 46, durch die Nachfüllkraftstoffpumpe, an dem Füllpegelventil 52 vorbei in das Innere des Kraftstofftanks 12 gelangt. Kraftstoffdruckdaten, die (von dem Drucksensor 152, der den Kraftstoffdampfdruck in dem Kraftstofftank erfasst, und optional von dem Drucksensor 152', der den Kraftstoffdampfdruck an der Zapfsäulendüse 44 (siehe 3) erfasst) über eine oder mehrere Datenleitungen 154 eingegeben werden, liefern ein Signal an die Nachfüllkraftstoffpumpenaktivierungsschaltung 156, um die Nachfüllkraftstoffpumpe 102 zu aktivieren. Die Nachfüllkraftstoffpumpe 102 wird deaktiviert, sobald der erfasste Druck der vorbestimmte Zustand ohne Kraftstoffdruckunterstützung ist; die Nachfüllkraftstoffpumpe 102 wird aktiviert, sobald der erfasste Druck der vorbestimmte Kraftstoffdruckunterstützungszustand ist.
